Газовый двигатель внутреннего сгорания – меняет ли топливо принцип действия?

Применение сжатого природного газа на автомобилях

По сравнению с бензином, при сгорании сжатого природного газа образуется приблизительно на 25% меньше СO₂. Таким образом, сжатый природный газ дает наи­меньшее количество выбросов СO₂ из всех видов ископаемого топлива. Применение в качестве топлива биогаза позволит в еще большей степени снизить глобальные вы­бросы парниковых газов. В связи с более низким содержанием СO₂ в отработавших га­зах, транспортный налог на автомобили, ра­ботающие на сжатом природном газе, во многих странах снижен.

Тем временем различные производители начали предлагать варианты автомобилей, оборудованных для работы на сжатом при­родном газе. При этом баллоны для СПГ большего объема размещаются более удобно и эффективно, без потерь полезного объема багажного отделения, практически неизбеж­ных при доделке автомобилей.

Последнюю информацию о количестве автомобилей, которые могут работать на СПГ, и сети заправочных станций сжатого природного газа в Гер­мании можно найти в Интернете. Такие автомобили, как правило, явля­ются двухтопливными, т.е. водитель может переключаться с бензина на газ и обратно. Существуют также варианты, получившие название «Monovalent plus», в которых дви­гатель оптимизирован для работы на природ­ном газе с целью как можно более полного использования его преимуществ по сравне­нию с бензином (более высокая стойкость к детонации, меньшее количество выбросов СO₂ и токсичных веществ). На автомобилях варианта «Monovalent plus», тем не менее, предусмотрен небольшой бензобак (<15 л), чтобы можно было продолжать движение на бензине в случае отсутствия поблизости стан­ции заправки природным газом.

Наиболее востребованные бензиновые силовые установки

Газель с момента своего выхода на рынок имела несколько модификаций силовых установок, самые востребованные из них:

Силовая установка ЗМЗ 402

Данный двигатель Газель является самым массовым и распространённым из всех, устанавливаемых. Начало его выпуска было положено в 1980 году и продолжалось до 2006 года, более двадцати лет.

Характеристики силовой установки ЗМЗ 402

• Блок цилиндров, материал — алюминий;
• Питание — карбюратор;
• Расположение цилиндров/количество, шт. — в ряд/4;
• Клапана, количество, шт. — 8;
• Поршень, ход, мм. — 92;
• Цилиндр, диаметр, мм. — 92;
• Сжатие — 8,2;
• Объем двигателя, см3 — 2445;
• Мощность, л.с. — 100;
• Момент, Нм — 182;
• Топливо — бензин АИ-92
• Вес ДВС, кг. — 181;
• Расход топлива, л/100 км (город) — 13,5;
• Масло в двигатель, л — 6.

Основные неисправности силовой установки ЗМЗ 402

Преимущество мотора — возможность его установки на большое количество продукции марки ГАЗ. Ремонт двигателя Газель не приносил много хлопот, в связи с простотой конструкции и большим количеством запчастей. Неисправности:

• Задний сальник коленчатого вала, при превышении оборотов свыше 2500 начинал гнать масло наружу. Необходимо поменять набивку сальника.
• Неравномерная подача рабочей смеси в мотор вызывала сильные вибрации и шумы. Настройка карбюратора решало эту проблему, но на короткий срок.
• Плохо отрегулированные клапана создавали стук в силовой установке. Регулировку необходимо проводить каждые 15000 км.
• Опоры мотора быстро выходили из строя и создавали сильную вибрацию. Необходимо было заменить изношенные детали.
• При перегреве ДВС Газель возможных причин было несколько: термостат, помпа, воздушная пробка в системе охлаждения. Частый перегрев мотора приводил к ослабеванию гаек головки блока цилиндров, и в дальнейшем — к прогоранию прокладки.

Силовая установка ЗМЗ 406

Мотор был последователем модели ЗМЗ 402 и пришёл ему на смену. По сравнению со своим предшественником были внесены существенные изменения, что сделало установку более современной.

Характеристики силовой установки ЗМЗ 406

• Блок цилиндров, материал — чугун;
• Питание — инжектор/карбюратор;
• Расположение цилиндров/количество, шт. — в ряд/4;
• Клапана, количество, шт. — 16;
• Поршень, ход, мм. — 86;
• Цилиндр, диаметр, мм. — 92;
• Сжатие — 9,3;
• Объём ДВС, см3 — 2286;
• Мощность, л.с. — 145;
• Момент, Нм — 201;
• Топливо — бензин АИ-92
• Вес ДВС, кг. — 187;
• Расход топлива, л/100 км (город) — 13,5;
• Масло в двигатель, л — 6.

Основные неисправности силовой установки ЗМЗ 406

Мотор был абсолютно новым, по сравнению со своим приёмником, отличался чугунным блоком, верхним расположением распределительных валов, наличием 16 клапанов и гидравлическими компенсаторами. Характерными недостатками были:

• Шум цепи газораспределительного механизма. Причина: выход из строя механизма гидравлической натяжки. Иногда цепь могла заклинить.
• Движок потребляет много масла. Причина: износ маслосъёмных колец и сальников клапанов, щель между крышкой клапанов и пластиной лабиринтного маслоотражателя.
• Сбои в работе мотора на холостом ходу, резкое падение мощности. Причина: неисправность катушки зажигания, узел требует замены.
• Шум при работе ДВС, стук. Причина: гидравлические компенсаторы клапанов, поршневые пальцы, поршни, вкладыши шатунов и т.д.

Силовая установка УМЗ 4216

Силовая установка получила широкое распространение благодаря надёжности и хорошим характеристикам. Главной отличительной чертой можно назвать увеличение объёма мотора, увеличение клапанов и установка инжектора на подачу бензина.

Характеристики силовой установки УМЗ 4216

• Блок цилиндров, материал — алюминий;
• Питание — инжектор/карбюратор;
• Расположение цилиндров/количество, шт. — в ряд/4;
• Клапана, количество, шт. — 8;
• Поршень, ход, мм. — 92;
• Цилиндр, диаметр, мм. — 100;
• Сжатие — 8,2;
• Объём ДВС, см3 — 2890;
• Мощность, л.с. — 125;
• Момент, Нм — 220;
• Топливо — бензин АИ-92
• Вес ДВС, кг. — 170;
• Расход топлива, л/100 км (город) — 12,5;
• Масло в двигатель, л — 5,8.

Основные неисправности силовой установки УМЗ 4216

Силовая установка, по сути, усовершенствованный вариант, повторяющий двигатель ГАЗ 21, но собранный на заводе УМЗ. В отличие от ЗМЗ-402, на мотор устанавливали сухие гильзы цилиндров, тем самым, повышая прочность блока цилиндров. Была установлена резиновая манжета, что позволяло избежать течи масла, и ещё некоторые мелкие усовершенствования.

2012 год: двигатель с высокой степенью сжатия – воспламенение бензина от сжатия

Наука не стоит на месте. Если бы наука не развивалась, то сегодня мы бы до сих пор жили в Средневековье и верили в колдунов, гадалок и что земля плоская (хотя сегодня все равно есть немало людей, которые верят в подобную чушь).

Не стоит на месте наука и в автопромышленности. Так, в 2012 году в мире появилась очередная прорывная технология, которая, возможно, совсем скоро перевернет весь автомир.

Речь идет о двигателях с высокой степенью сжатия.

Мы знаем, что чем меньше сжимать воздух и топливо внутри двигателя внутреннего сгорания, тем меньше мы получим энергии в тот момент, когда топливная смесь воспламеняется (взрывается). Поэтому автопроизводители всегда старались делать двигатели с немаленькой степенью сжатия.

Но есть проблема: чем выше степень сжатия, тем больше риска самовоспламенения топливной смеси.

Поэтому, как правило, ДВС имеют определенные рамки в степени сжатия, которая на протяжении всей истории автопромышленности была неизменяемой. Да, каждый двигатель имеет свою степень сжатия. Но она не меняется. 

В 1970-х годах в мире был распространен неэтилированный бензин, который при сгорании дает огромное количество смога. Чтобы как-то справиться с ужасной экологичностью, автопроизводители начали использовать V8 моторы с низким коэффициентом сжатия. Это позволило снизить риск самовоспламенения топлива низкого качества в двигателях, а также повысить их надежность. Дело в том, что при самовоспламенении топлива двигатель может получить непоправимый урон. 

Но затем при массовом появлении электронного впрыска автопроизводители с помощью компьютера стали применять различные настройки, автоматически регулирующие качество топливной смеси, что позволило существенно улучшить экономичность двигателей и снизить уровень вредных веществ в выхлопе. Но главное, что удалось сделать с помощью компьютерных настроек и регулировки топливной смеси, – это снизить до минимума риск самовоспламенения топлива. В итоге со временем стало невыгодно использовать большие мощные моторы с низкой степенью сжатия.  Так автопромышленность ввела новую моду – уменьшение количества цилиндров. Чтобы сохранить мощность в моторах, автопроизводители стали использовать турбины. Но главное – благодаря электронике, которая управляет качеством топливной смеси, автопроизводители снова могут создавать моторы с большой степенью сжатия, не опасаясь самовоспламенения топлива. 

Но в 2012 году компания Mazda удивила весь мир, представив фантастический мотор SKYACTIV-G, который имеет невероятно высокий коэффициент сжатия для серийного двигателя. Степень сжатия этого мотора составляет 14:1. Это позволяет мотору извлекать энергию почти из каждой капли бензина без образования смога. 

Следующим шагом для Mazda стал новый мотор SKYACTIV-X, который использует контролируемое зажигание (система SPCCI). Благодаря этой системе появилась возможность воспламенять бензин практически за счет одного только сжатия. То есть как в дизельных моторах. Также в двигателях SKYACTIV-X есть возможность воспламенять топливо обычным образом. Причем электроника автоматически выбирает, как выгоднее воспламенять бензин в камере сгорания. Все зависит от потребностей водителя и условий движения.

Например, если вам нужна сила (крутящий момент), то двигатель SKYACTIV-X  будет воспламенять топливо от силы сжатия (почти как дизель). Если вам нужна мощность, то мотор с высокой степенью сжатия будет воспламенять топливо обычным образом. Причем реально для придания мощности будет использована последняя капля бензина.

Даже спустя столетие и даже с появлением альтернативных видов топлива, а также с появлением электрокаров двигатели внутреннего сгорания остаются главными силовыми агрегатами в автопромышленности. И несмотря на то что многие эксперты считают, что ДВС изжил себя и в скором времени должен исчезнуть из автомира, нам кажется, что двигатель внутреннего сгорания еще не развился до конца. Также мы считаем, что мир в ближайшие 100 лет все равно не будет готов полностью отказаться от ДВС, работающих на бензине.

И кто его знает, что нам подготовят автомобильные компании в ближайшем будущем. Ведь их инженеры не зря получают бутерброды с черной икрой. Вполне возможно, что уже скоро очередной автопроизводитель удивит нас какой-нибудь новой технологией в ДВС.

ГБО: как влияет газ на бензиновый двигатель любого автомобиля

Вид потребляемого машиной топлива решает многое. В частности – затраты на ее эксплуатацию. Первый блок информации по этому поводу предоставят ценники на рядовой АЗС.

Остальные данные – на бортовом компьютере в виде литража, необходимого для преодоления 100 км. Много слов сказано о дизеле, как о перспективном выборе. Но как сэкономить, если на руках уже есть автомобиль, потребляющий традиционную горючку. Действительно ли установка ГБО является оптимальным выходом?

Цена вопроса

Маленькая себестоимость обычной городской поездки, этот несомненно положительный момент настает только после установки газобаллонного оборудования. Прежде чем интересоваться, вреден ли газ для бензинового двигателя, стоит ознакомиться со стоимостью работ по оснащению машины ГБО.

Поскольку тюнинг могут осуществлять только сертифицированные СТО, цена немала. 20 000-45 000 рублей специалисты возьмут за монтаж системы 4 поколения, подходящей для современных моторов с распределенным впрыском. А вот моторы с непосредственной инжекцией горючки сложны в переоборудовании: минимум 200 000 рублей. Окупить можно, но при одном условии – большой годовой пробег.

Отличительные черты газотурбинных двигателей

Сегодня наиболее широко подобный тип моторов используется в авиации. Увы, но из-за особенностей устройства они не могут применяться для обычных легковых автомобилей.

По сравнению с другими агрегатами внутреннего сгорания газотурбинный движок обладает наибольшей удельной мощностью, что является его основным плюсом. Помимо этого такой двигатель способен функционировать не только на бензине, но и на множества других видах жидкого горючего. Как правило, он работает на керосине либо на дизельном горючем.

Газотурбинный и поршневой двигатель, которые устанавливаются на «легковушках» за счет сжигания топлива изменяют химическую энергию горючего в тепловую, а затем и в механическую.

Но сам процесс у данных агрегатов немного различается. И в том и в другом движке сначала осуществляется забор (то есть воздушный поток поступает в мотор), затем происходит сжатие и впрыск горючего, после этого ТВС загорается, вследствие чего сильно расширяется и в результате выбрасывается в атмосферу.

Различие состоит в том, что в газотурбинных аппаратах все это проходит в одно время, но в различных частях агрегата. В поршневом же все осуществляется в одной точке, но по очередности.

Проходя через турбинный мотор, воздух сильно сжимается в объеме и благодаря этому увеличивает давление почти в сорок раз.

Единственное движение в турбине это вращательное, когда как в иных агрегатах внутреннего сгорания, помимо вращения коленвала также происходит движение поршня.

КПД и мощность газотурбинного двигателя выше чем у поршневого, несмотря на то, что вес и размеры меньше.

Для экономного потребления топлива газовая турбина оснащена теплообменником — диском из керамики, который функционирует от двигателя с небольшой частотой вращения.

Что такое ГБО?

ГБО или газобаллонное оборудование представляет собой комплекс специальных устройств, обеспечивающих использование газа для работы двигателя транспортного средства. После его установки двигатель машины начинает в качестве топлива использовать не только бензин, но и газ.

Сегодня можно устанавливать газобаллонное оборудование на автомобиль, который изначально должен был ездить сугубо на бензине. Многие производители после всплеска популярности и роста числа газовых заправок начали ГБО комплектовать сходящие с конвейера машины.

Многие водители по достоинству оценили преимущества газового топлива. Оно доступно и удобно в использовании. На специальных оборудованных для заправки газом станциях практически всегда можно заметить одну или несколько машин.

Как правильно устанавливать и использовать ГБО?

Самостоятельная установка устройства работающего на газу категорически запрещена. Неумелые действия водителя могут привести к трагическим последствиям и детонированию газовой смеси. Это очень опасно для здоровья и жизни человека.

Если требуется установить на машину специальное газовое оборудование обязательно нужно обращаться в специализированную сервисную мастерскую. Специалисты смогут быстро и правильно выполнить все монтажные работы.

Перед началом проведения монтажа нужно выбрать поколение газового оборудования. Отдавать предпочтение необходимо проверенным моделям последнего поколения, которые имеют массу положительных отзывов.

Преимущества газового топлива

Вне всякого сомнения количество автолюбителей положительно оценивающих использование газа как источника топлива больше.

Можно выделить следующие преимущества использования современного газового оборудования:

1.Экономия денежных средств

Газ является самым дешёвым топливом для заправки транспортного средства

2.Увеличение ресурса двигателя

При сгорании газа на элементах поршневой группы мотора остаётся минимальное количество копоти

3. Экологическая безопасность

Использование газового топлива даёт возможность снизить нагрузку на окружающую среду в разы. При сгорании газа образуется минимальное количество вредных для человека и природы веществ

4.Снижение шумности работы мотора

5.Надёжность газового оборудования

6.Переключение источника топлива.

Недостатки газового топлива

Как и любое топливо для автомобиля газ обладает преимуществами и недостатками. Сегодня находиться немало противников использования ГБО, которые могут часами с пеной у рта доказывать свою правоту.

Выделяют следующие недостатки установки газового оборудования:

1.Высокая стоимость газового оборудования

2.Дорогостоящий ремонт ГБО

3.Потеря мощности двигателя

Суммарные потери мощности мотора при использовании газа могут достигать 5-6%

4.Большие габариты

Зачастую ГБО особенно старшего поколения занимали от 10% до 30% объёма багажного отделения в зависимости от модели машины

5.Запах газа

Нарушение герметичности отдельных элементов газовой системы автомобиля ведёт к появлению устойчивого запаха газа в салоне транспортного средства.

Несмотря на неоднозначное отношение автолюбителей к использованию газового оборудования многие водители переоборудуют транспортные средства. Набирают популярность автомобили, идущие с заводскими газовыми установками.

Спасибо за внимание, удачи вам на дорогах. Читайте, комментируйте и задавайте вопросы. Подписывайтесь на свежие и интересные статьи сайта

Подписывайтесь на свежие и интересные статьи сайта.

Двигатель внешнего сгорания Лукьянова

Юрий Лукьянов – это научный сотрудник Псковского политехнического института. Он уже достаточно давно занимается разработкой новых моделей двигателей. Ученый старался сделать так, чтобы в новых моделях отсутствовали такие элементы, как коробка передач, распредвал и выхлопная труба. Основной недостаток устройств Стирлинга заключался в том, что они имели слишком большие габариты. Именно этот недостаток ученому и удалось устранить за счет того, что лопасти были заменены на поршни. Это помогло уменьшить размер всей конструкции в несколько раз. Некоторые говорят о том, что можно сделать двигатель внешнего сгорания своими руками.

Устройство и принцип работы агрегата

По своей конструкции движок не очень сложный, он представлен камерой сгорания, где оборудованы форсунки и свечи зажигания, которые необходимы для подачи горючего и добычи искрового заряда. Компрессор оснащен на валу вместе с колесом, обладающим особыми лопатками.

Помимо этого мотор состоит из таких составляющих как — редуктор, канал впуска, теплообменник, игла, диффузор и выпускной трубопровод.

Во время вращения компрессорного вала, воздушный поток, поступающий через канал впуска, захватывается его лопастями. После увеличения скорости компрессора до пятисот м в секунду, он нагнетается в диффузор. Скорость у воздуха на выходе диффузора снижается, но давление увеличивается. Затем воздушный поток оказывается в теплообменнике, где происходит его нагрев за счет отработанных газов, а после этого воздух подается в камеру сгорания.

Вместе с ним туда попадает горючее, которое распыляется через форсунок. После того как топливо перемешивается с воздухом, создается топливно-воздушная смесь, которая загорается благодаря искре получаемой от свечи зажигания. Давление в камере при этом начинает увеличиваться, а турбинное колесо приводится в действие за счет газов попадающих на лопатки колеса.

В итоге осуществляется передача крутящего момента колеса на трансмиссию авто, а отходящие газы выбрасываются в атмосферу.

Что такое ГБО в автомобиле

ГБО – это газовое баллонное оборудование, позволяющее использовать сжиженный или природный газ на автомобиле вместо или вместе с бензином. В основном применяется на транспортных средствах, использующихся для коммерческой деятельности с большими пробегами (перевозки, такси, корпоративные парки). Реже ГБО используется на частных автомобилях из-за долгой окупаемости.

Газовое оборудование дублирует работу штатной топливной системы, не мешая обычной работе мотора

Сжиженный и природный газ для автомобилей сейчас дешевле примерно в два раза чем бензин. Несмотря на увеличенный расход топлива на газе, денежная экономия может составить около 40% в сравнении с заправкой традиционным топливом. Также газ значительно экологичнее, по сравнению с другими видами топлива. Он выделяет меньше CO2 и вредных твердых частиц.

ГБО устанавливается для любых автомобилей с ДВС и может быть разных поколений. Газобаллонное оборудование полностью дублирует систему подачи топлива, что также увеличивает отказоустойчивость машины. В комплект оборудования входит:

• баллон для газа;
• топливная магистраль;
• редуктор, совмещенный с испарителем (подогревателем);
• клапан переключения с бензина на газ;
• электронный блок управления (для старших версий);
• система впрыска топлива.

В зависимости от поколения комплект может отличаться.

Редуктор используется для преобразования жидкого газа в пар при помощи испарителя (на первом поколении испаритель мог быть отдельным элементом), а также для стабилизации давления.

Главная классификация ДВС

Все существующие ДВС разделены на 3 вида:

• поршневые;
• роторные;
• газотурбинные.

В поршневых агрегатах рабочим органом является поршень. В роторных моторах используется движение ротора. В газотурбинных двигателях движение осуществляется турбиной.

В каждом из видов этих силовых установок конструктивно реализованы разные схемы преобразования тепловой энергии в полезную работу. Это принципиально отличает их друг от друга. Максимальная производительность силовых агрегатов зависит от того, каким образом преобразуется тепловая энергия. Каждый вид силовых агрегатов создан для эффективной работы в своей области применения.

Ниже подробно описаны конструкции этих агрегатов и физические процессы, происходящие в них. Отдельный раздел статьи посвящён двигателю Стирлинга. Он относится к механизмам с внешней камерой сгорания. Но принцип работы этого мотора по нескольким признакам похож на ДВС. Это часто вызывает путаницу.

Газотурбинный двигатель

При воспламенении топлива образуются газы, которые при нагреве расширяются. Этот факт всем известен из школьного курса физики. Указанный принцип положен в основу газотурбинной установки. Топливная смесь сгорает, и нагретый газ моментально расширяется, заставляя лопасти турбины вращаться. Чем больше температура газа, тем быстрее он увеличивается в объёмах. Эта зависимость определяет коэффициент полезного действия этого вида ДВС: чем выше температура газов, тем больше КПД.

Разработано два типа газотурбинных установок, отличающихся количеством рабочих валов. Агрегаты с двумя валами мощнее по сравнению с одновальными механизмами.

Газотурбинные двигатели устанавливают на машины, где необходима большая мощность силовой установки. Например, грузовые автомобили, корабли, самолёты и железнодорожные локомотивы.

Видео: Принцип работы газотурбинного двигателя

Роторный ДВС

В моторах этого вида реализован принцип вращения вала от кругового движения ротора. Ротором является треугольный поршень, который вращается в овальной камере – статоре. Ротор закреплён на валу с эксцентриситетом. При таком расположении во время вращения ротора в цилиндре создаются полости для тактов зажигания, сгорания и выпуска. За один оборот ротора происходит 3 такта работы.

Достоинством роторного ДВС является отсутствие шатунов, коленчатого вала и многих сопутствующих узлов. Инженеры подсчитали, что деталей в агрегате роторного типа намного меньше, чем в моторах других типов. Поэтому роторные моторы гораздо меньше других. Это является ещё одним их преимуществом.

В Японии, известной своими передовыми разработками в автомобилестроении, были сконструированы двигатели, имеющие несколько роторов. Например, японцы сконструировали агрегат, имеющий такую же мощность, что и шестипоршневой двигатель гоночного автомобиля. Но размеры многороторного движка при этом гораздо меньше.

На ранних моделях вазовских автомобилей в своё время устанавливались роторные моторы.

Роторные двигатели гораздо проще и эффективнее поршневых. Но по непонятной причине роторные агрегаты используются очень редко.

Видео: Принцип работы роторного двигателя

Поршневой двигатель

Это – самый распространённый тип двигателя. Рассмотрим его принципиальную схему работы.

В конструкции мотора этого вида имеется несколько цилиндров, внутри каждого из них поршни совершают возвратно-поступательные движения. В обоих концах цилиндров расположены клапаны. Открываясь, клапан пропускает порцию топливной смеси в камеру сгорания, образующуюся в цилиндре перед поршнем. В это время поршень, двигаясь вверх, сжимает смесь. В расчётный момент происходит её воспламенение. Образующиеся газы расширяются и толкают поршень в другую сторону. Несколько таких поршней закреплены на валу П-образной конструкции. Обычно такой вал называют коленчатым. За каждое движение поршня вал проворачивается на определённую величину. Цикл движения поршня от одной стороны цилиндра до другой называется тактом. Скоординированная работа поршней заставляет коленчатый вал проворачиваться на полный оборот. Такие циклы постоянно повторяются, заставляя вращаться вал с большой скоростью.

Автомобилестроители постоянно совершенствуют поршневые двигатели. Каждое усовершенствование приводит к повышению мощности двигателя. Поршневые агрегаты являются самыми надёжными из всех видов силовых установок.

Видео: Принцип работы дизельного двигателя